§ 28. Второй закон термодинамики

Необратимые процессы

1. Вам известно, что при теплообмене тело, имеющее более высокую температуру, отдаёт некоторое количество теплоты и остывает, а тело, имеющее более низкую температуру, получает некоторое количество теплоты и нагревается.

В соответствии с первым законом термодинамики возможен и такой процесс, при котором менее нагретое тело отдаёт некоторое количество теплоты более нагретому телу и ещё сильнее остывает, а тело с большей температурой, в свою очередь, получая некоторое количество теплоты, ещё сильнее нагревается. При этом полная энергия системы сохраняется, если она замкнутая и теплоизолированная. Таким образом, первый закон термодинамики ничего не говорит о направлении процесса теплообмена, т. е. о том, какое тело отдаёт энергию, а какое её получает, и не запрещает самопроизвольную передачу энергии от холодного тела к горячему. Этот запрет накладывает второй закон термодинамики, который содержит утверждение о направленности процессов теплообмена. Прежде чем обсуждать этот закон, рассмотрим понятие необратимости.

Итак, при теплообмене энергия переходит от более нагретого тела к менее нагретому. Обратный процесс передачи энергии от холодного тела к горячему самопроизвольно происходить не может, т. е. теплопередача — необратимый процесс.

Если налить в сосуд раствор медного купороса, а сверху воду, то через некоторое время вследствие диффузии вещества перемешаются и раствор станет однородным. Диффузия произошла самопроизвольно. Обратный процесс, т. е. разделение смеси на вещества, самопроизвольно произойти не может. Диффузия — также пример необратимого процесса.

Ещё одним примером подобного процесса является движение шарика, упавшего на плиту и отскочившего обратно. При этом шарик сам не поднимется на ту же высоту, с которой он упал, поскольку часть механической энергии превратится во внутреннюю энергию воздуха, шарика и плиты. Если бы отсутствовало сопротивление воздуха и удар шарика о плиту был абсолютно упругим, то шарик после удара поднялся бы на прежнюю высоту и его движение было бы обратимым. Итак: необратимыми являются процессы, обратные которым самопроизвольно не происходят.

Все реальные процессы необратимы, в том числе и такой, как старение живых организмов.

Возникает вопрос, что нужно сделать, чтобы шарик, ударившись о плиту, поднялся на прежнюю высоту. Очевидно, необходимо иметь источник энергии, от которого шарику с помощью специального устройства передавалась бы энергия, равная энергии, затраченной на совершение работы против сил трения и превратившейся во внутреннюю энергию при деформации шарика и плиты. Иначе говоря, необходимо осуществить более сложный процесс, частью которого являлось бы движение шарика вверх после удара о плиту.

Продолжение >>>